JP2012517711A - マイグレーション及びプラズマ増強化学蒸着 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2009年2月11日に出願された「マイグレーション及びプラズマ増強化学蒸着」という名称のカナダ国特許出願第2653581号及び2009年6月10日に出願された「マイグレーション及びプラズマ増強化学蒸着」という名称の米国仮特許出願第61/185953号の利益を主張し、それらを参照により本明細書に全体として取り込む。
(参照による取り込み)
本発明の実施形態が本明細書に示され記載されるが、そのような実施形態は例示のためにのみ与えられることが当業者には明らかであろう。多くの変形、変更、及び代替が、本発明の範囲から逸脱せずに当業者には明らかであろう。本明細書に記載される本発明の実施形態のそのような修正は、本発明の一部であると考えられることが理解されるものとする。
本発明の一態様において、薄膜を形成する方法が提供される。本発明の実施形態の方法を利用して、III族金属窒化物薄膜又は層を形成できる。本発明の実施形態のIII族金属薄膜は、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、及びタリウム(Tl)の1種以上を含むことがある。一実施形態において、III族金属薄膜は窒化ガリウムを含むことがある。他の実施形態において、III族金属薄膜は、InNを含むことがある。他の実施形態において、III族金属薄膜はAlNを含むことがある。他の実施形態において、III族金属薄膜は、InGaN、AlGaN、及び/又はAlInGaNなどのGaN、AlN、及び/又はInNの合金を含むことがある。
本発明の一態様において、プラズマ処理反応器(本明細書において「プラズマ反応器」とも呼ばれる)が薄膜形成のために与えられる。複数の実施形態において、プラズマ処理反応器は、MEAGlow反応器を含む。複数の実施形態において、プラズマ処理反応器は、例えば、窒化ガリウム薄膜及び窒化インジウム薄膜などのIII族金属窒化物薄膜又は層の形成に使用できる。
Claims (74)
- III族金属窒化物薄膜を製造する方法であって、反応チャンバー中の基板をIII族金属前駆体及び窒素の活性中性種と交互かつ連続的に接触させる工程を含む方法。
- III族金属前駆体との基板の接触が、基板上にIII族金属の非自己制限的層を形成する、請求項1に記載の方法。
- 窒素の活性中性種が、分子状窒素の最低励起状態(A3Σu +)を有する窒素種を含む、請求項1に記載の方法。
- III族金属前駆体が有機金属種を含む、請求項1に記載の方法。
- 反応チャンバー中の基板上にIII族金属窒化物薄膜を形成する方法であって、III族金属前駆体及び窒素のプラズマ活性化種を反応チャンバー中に交互かつ連続的にパルス状送出する工程を含み、III族金属前駆体の各パルスが基板上にIII族金属の非自己制限的層を形成する方法。
- 窒素のプラズマ活性種が、分子状窒素の最低励起状態(A3Σu +)を有する窒素種を含む、請求項5に記載の方法。
- III族金属の前記非自己制限的層が、1単分子層(ML)を超える厚さを有する、請求項5に記載の方法。
- 7eVを超えるエネルギーを有する窒素のプラズマ活性化種が、窒素のプラズマ活性化種の各パルスによりクエンチされる、請求項5に記載の方法。
- 以下を含む、基板面にIII族金属窒化物薄膜を形成する方法:
第一の期間に反応チャンバーに有機金属種を供給して、1単分子層(ML)を超える厚さを有するIII族金属の層を形成する工程;
有機金属種を反応チャンバーから除去する工程;及び
第二の期間に反応チャンバーに窒素のプラズマ活性化種を供給して、III族金属窒化物の層を形成する工程。 - III族金属窒化物の層が1MLを超える厚さを有する、請求項9に記載の方法。
- 前記III族金属窒化物の層が、約2ML以上の厚さを有する、請求項9に記載の方法。
- 前記III族金属窒化物の層が、約5ML以上の厚さを有する、請求項9に記載の方法。
- 前記III族金属窒化物の層が、量子井戸の厚さ以上の厚さを有する、請求項9に記載の方法。
- 窒素のプラズマ活性化種が、約7eV以下のポテンシャルエネルギーを有する活性中性窒素種を含む、請求項9に記載の方法。
- 窒素のプラズマ活性化種の供給前に、有機金属種の供給を停止する工程をさらに含む、請求項9に記載の方法。
- 窒素のプラズマ活性化種の供給が、
窒素(N2)ガスをプラズマ発生器に供給する工程;及び
プラズマ発生器中に窒素のプラズマ活性化種を発生させる工程
を含み、前記プラズマ発生器及びプラズマ発生器の下流の領域の一方又は両方における圧力が、約7eVを超えるポテンシャルエネルギーを有する窒素のプラズマ活性化種がクエンチされるように選択される、請求項9に記載の方法。 - 前記プラズマ発生器が、反応チャンバーへ窒素のプラズマ活性化種を提供するためのガス分配部材を含む、請求項16に記載の方法。
- 前記ガス分配部材が、シャワーヘッド構成の複数の穴を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記プラズマ発生器が、無線周波数(RF)源、より低周波の源、及び直流(DC)源からなる群から選択される電源を利用して窒素のプラズマ活性化種を発生させるように構成された中空カソードを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記有機金属種が、複数の穴を有するガス分配部材を用いて反応チャンバーに供給される、請求項9に記載の方法。
- プラズマ増強化学蒸着を利用する薄膜結晶成長の方法であって、基板領域へのカチオン種及びアニオン種の供給を間欠的に調節する工程を含む方法。
- 前記アニオン種が、0.1ミリトルから10トルのプラズマ圧力範囲を有するプラズマとして供給される、請求項21に記載の方法。
- アニオン種の供給の調節が、プラズマのチャンバー圧力の変更によるものである、請求項22に記載の方法。
- 前記チャンバー圧力が、プラズマがオンになっている間に基板領域へのアニオン種の流束を最適化するように調整されている、請求項23に記載の方法。
- 前記プラズマがパルス状送出される、請求項22に記載の方法。
- 前記カチオン種の間欠的な供給がパルス状であり、パルスが所定の期間起こる、請求項21に記載の方法。
- 前記カチオン種の供給が蒸気相送出によるものである、請求項21に記載の方法。
- 基板領域へのカチオン種及びアニオン種の供給の間に、ある期間待つ工程をさらに含む、請求項21に記載の方法。
- カチオン種又はアニオン種の供給を調節する工程が、入口でのガスの流れを著しく低減又は停止することによる、請求項21に記載の方法。
- カチオン種及びアニオン種の供給の間欠的な調節が、所望の厚さの薄膜が得られるまで繰り返される、請求項21に記載の方法。
- 以下の工程を含む、プラズマ増強化学蒸着を利用する薄膜の製造方法:
基板領域に最高でも比較的低流束のプラズマ系アニオン種があるときに、カチオン種を基板領域に供給する工程;及び
基板領域に最高でも比較的低流束のカチオン種があるときに、基板領域にプラズマ系アニオン種を供給する工程。 - プラズマ系アニオン種の供給前にある期間経過させ、前記期間が、カチオン種を薄膜の表面で拡散させるのに十分である、請求項31に記載の方法。
- 基板を保持するためにチャンバー内に位置する基板保持具;
基板に隣接して位置する、カチオン前駆体の供給を基板に向けるためのカチオン種供給装置;及び
アニオン前駆体の供給を、プラズマ系アニオン種の供給を作ることができるプラズマ生成領域に向けるアニオン種供給装置
を含むプラズマ処理反応器であって、基板への前記カチオン前駆体の供給及びプラズマ系アニオン種の供給が間欠的に調節されるプラズマ処理反応器。 - プラズマ生成領域中に位置してプラズマ系アニオン種の供給を発生させるアノードを含む、請求項33に記載のプラズマ処理反応器。
- 前記アノードとカチオン種供給装置との間に位置する中空カソードを含む、請求項34に記載のプラズマ処理反応器。
- 前記中空カソードが、無線周波数(RF)源、より低周波の源、及び直流(DC)源からなる群から選択される電源を利用してプラズマを発生させる、請求項35に記載のプラズマ処理反応器。
- 前記プラズマが比較的大面積に拡大可能である、請求項36に記載のプラズマ処理反応器。
- 前記中空カソードとカチオン種供給装置との間に位置する接地グリッドを含む、請求項33に記載のプラズマ処理発生器。
- 前記プラズマ系アニオン種が、中空カソードを通って基板の近隣に流れることのできる、請求項33に記載のプラズマ処理反応器。
- 前記基板保持具が基板を加熱できる、請求項33に記載のプラズマ処理反応器。
- 前記カチオン前駆体が有機金属種である、請求項33に記載のプラズマ処理反応器。
- 前記カチオン種供給装置が基板の表面を部分的に覆い、基板がカチオン種供給装置の下で回転する、請求項33に記載のプラズマ処理反応器。
- 前記カチオン種供給装置が
基板の中央部分の上方に位置する狭い末端及び基板の外側部分の上方に位置する広い末端を有する中空ヘッド;を含み、
基板に面する中空ヘッドの表面に、カチオン前駆体が基板の一部に向けられて通る複数の穴を備えている、請求項33に記載のプラズマ処理反応器。 - 前記中空ヘッドが実質的に三角形又は楔形である、請求項43に記載のプラズマ処理反応器。
- 前記の複数の穴が、中空ヘッドの広い末端に向かって穴が増えるような配列に配置されている、請求項43に記載のプラズマ処理反応器。
- プラズマ系アニオン種が、マイクロ波周波数発生システムから発生する、請求項33に記載のプラズマ処理反応器。
- 活性中性窒素種を形成する方法であって、
窒素(N2)ガスをプラズマ発生器に供給する工程;及び
プラズマ発生器中でN2のプラズマ活性化種を発生させる工程
を含み、プラズマ発生器及びプラズマ発生器の下流の領域の一方又は両方における圧力が、約7eVを超えるポテンシャルエネルギーを有するN2のプラズマ活性化種がクエンチされるように選択される方法。 - 反応チャンバーに活性中性窒素(N2)を提供する方法であって、
窒素(N2)ガスをプラズマ発生器に供給する工程;
プラズマ発生器中で第一群のN2のプラズマ活性化種を形成する工程;
前記第一群から、約7eV以下のポテンシャルエネルギーを有する活性中性窒素種を含む第二群のN2のプラズマ活性化種を形成する工程;及び
基板を有する反応チャンバーに前記第二群を向ける工程を含む方法。 - プラズマ発生器へのN2ガスの供給が、約0.1ミリトル以上の圧力でN2ガスを提供する工程を含む、請求項48に記載の方法。
- III族金属窒化物薄膜を基板上に形成する方法であって、
第一の期間に基板をIII族金属前駆体に接触させて、1単分子層(ML)を超える厚さを持つIII族金属の層を形成する工程;及び
前記のIII族金属の層を第二の期間に窒素のプラズマ活性化種に接触させて、III族金属窒化物の層を形成する工程を含む方法。 - 前記第一の期間が10秒以上である、請求項50に記載の方法。
- 前記第一の期間が30秒以上である、請求項50に記載の方法。
- 前記第一の期間が1分以上である、請求項50に記載の方法。
- 前記第一の期間が10分以上である、請求項50に記載の方法。
- 前記III族金属窒化物の層が、1MLを超える厚さを有する、請求項50に記載の方法。
- 前記III族金属窒化物の層が、約2ML以上の厚さを有する、請求項50に記載の方法。
- 前記III族金属窒化物の層が、約5ML以上の厚さを有する、請求項50に記載の方法。
- 前記III族金属窒化物の層が、量子井戸の厚さ以上の厚さを有する、請求項50に記載の方法。
- 前記窒素のプラズマ活性化種が、分子状窒素の最低励起状態(A3Σu +)を有する窒素種を含む、請求項50に記載の方法。
- III族金属窒化物薄膜を基板上に形成する方法であって、
(a)III族金属含有反応物及び窒素のプラズマ活性化種の一方を反応チャンバー中にパルス状送出する工程;
(b)反応チャンバーを空にする工程;
(c)III族金属含有反応物及び窒素のプラズマ活性化種のもう一方を反応チャンバー中にパルス状送出する工程;及び
(d)所定の厚さのIII族金属窒化物薄膜が形成されるまで工程(a)〜(c)を繰り返す工程
を含み、前記III族金属含有反応物の各パルスが、基板上にIII族金属の非自己制限的層を形成する方法。 - 工程(c)と(d)との間に反応チャンバーを空にする工程をさらに含む、請求項60に記載の方法。
- 前記III族金属含有反応物の各パルスが、1単分子層を超える厚さを有するIII族金属の層を形成する、請求項60に記載の方法。
- 反応チャンバー;
基板を保持するように構成された、前記反応チャンバー中に配置される基板保持具;
窒素(N2)供給装置及び前記反応チャンバーと流体連通しており、窒素の活性中性種を形成するように構成されたプラズマ発生器;及び
III族金属前駆体及び窒素の活性中性種を交互かつ連続的に反応チャンバーに提供するように構成された制御システムを含む反応器。 - 前記プラズマ発生器が、反応チャンバーへ窒素の活性中性種を提供するガス分配部材を含む、請求項63に記載の反応器。
- 前記ガス分配部材が、シャワーヘッド構成の複数の穴を含む、請求項63に記載の反応器。
- 前記ガス分配部材が1つ以上の中空カソードを含む、請求項63に記載の反応器。
- 前記ガス分配部材が、7eV以下のポテンシャルエネルギーを有する窒素の活性中性種の群を形成するように構成されている、請求項63に記載の反応器。
- III族金属前駆体を反応チャンバーに向けるためのIII族金属前駆体供給装置をさらに含む、請求項63に記載の反応器。
- 前記III族金属前駆体供給装置が基板保持具に隣接して配置されている、請求項68に記載の反応器。
- 前記III族金属前駆体供給装置が、基板保持具とプラズマ発生器との間に配置されている、請求項68に記載の反応器。
- 前記III族金属前駆体供給装置が基板保持具の一部を覆う、請求項68に記載の反応器。
- 前記III族金属前駆体供給装置が狭い末端及び広い末端を有する中空ヘッドを含み、狭い末端が基板保持具面の基板の中央部分の上方に位置するように構成され、広い末端が基板の外側部分の上方に位置するように構成されている、請求項68に記載の反応器。
- 前記基板保持具に面する中空ヘッドの表面が、III族金属前駆体を前記反応チャンバー中の基板の少なくとも一部分に与えるように構成された複数の穴を備えている、請求項72に記載の反応器。
- 前記基板がIII族金属前駆体及び窒素の活性中性種に交互かつ連続的に暴露されている間に、前記制御システムが基板保持具面の基板を回転させるように構成されている、請求項63に記載の反応器。
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